CN109906261B

CN109906261B - 摩擦材料组合物以及摩擦材料

Info

Publication number: CN109906261B
Application number: CN201780068040.1A
Authority: CN
Inventors: 川田达; 高田卓弥; 宫道素行
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2037-11-01
Also published as: EP3536758A4; US20200063814A1; JP6867783B2; CN109906261A; JP2018070833A; EP3536758A1; WO2018084218A1; US11209063B2

Abstract

本发明提供一种摩擦材料组合物，其能够得到的摩擦材料在铜含量为0.5质量％以下的所谓无铜的摩擦材料中具有高强度并且不会使对配对材料的攻击性恶化，并且具有优异的耐磨性和初期效果。本发明的摩擦材料组合物含有纤维基材、摩擦调整材料以及粘结材料，摩擦材料组合物中的铜含量以铜元素换算为0.5质量％以下，并且含有再生纤维素纤维作为纤维基材。

Description

摩擦材料组合物以及摩擦材料

技术领域

本发明涉及摩擦材料组合物以及摩擦材料，更详细而言，涉及在工业机械、铁路车辆、货运车辆、乘用车等的制动垫片、制动衬片、离合器衬片等中使用的摩擦材料组合物以及由该摩擦材料组合物得到的摩擦材料。

背景技术

现有技术中，在制动垫片等中使用的摩擦材料通过将纤维基材、摩擦调整材料和粘结材料混合，制备摩擦材料组合物，并且使其经过预成形、热成形、精加工等各工序来制造。

形成摩擦材料骨架的纤维基材是填补摩擦材料的强度、耐热性、耐磨性等的物质，例如可以使用：芳族聚酰胺纤维等有机纤维、玻璃纤维等无机纤维、铜纤维等金属纤维等。

作为研究了有机纤维的配合的技术，例如，在专利文献1中提出了一种摩擦材料组合物，是含有纤维基材、粘结材料、有机填充材料以及无机填充材料的摩擦材料组合物，作为纤维基材，包含1～10质量％的平均纤维长为0.1～50μm且长径比为1.5以上的天然纤维素短纤维。另外，作为研究了金属纤维的配合的技术，例如，在专利文献2中提出一种制动摩擦材料，其特征在于，在至少含有强化纤维、粘结材料、润滑材料、摩擦调整材料以及填充材料而成的制动摩擦材料中，在将该制动摩擦材料的总量作为100质量％时，含有5～10质量％的钢纤维、5～10质量％的平均纤维长为2～3mm的铜纤维、2～5质量％的粒径为5～75μm的锌粉而成。

在金属纤维中，铜纤维富有延性，并且使具有高的导热性的材料，因此具有提高抗制动衰减性的作用。而且，其作用之一，具有摩擦材料的加强效果。该铜纤维有时也被用作粉状形态的铜粉末。

然而，含有铜成分的摩擦材料由于制动器制动，铜成分被以磨损粉尘的方式释放到空气中，因此被指出影响自然环境。因此，美国环境保护机关作为限制在汽车用制动垫片中使用铜等的对策，要求到2021年汽车用制动垫片的铜含量消减为小于5质量％，到2025年消减为小于0.5质量％。加利福尼亚州和华盛顿州已经通过了在制动垫片中使用物质的州限制标准，2021年以后，禁止含有铜5质量％以上的摩擦材料制品的销售和向新车组装，2025年以后，其限制提高到0.5质量％以上。

由于这样的背景，近年来，提出各种降低了铜含量的摩擦材料。

例如，在专利文献3中提出一种摩擦材料组合物，是含有粘结材料、有机填充材料、无机填充材料和纤维基材的摩擦材料组合物，作为元素的铜含有率不超过0.5质量％、含有1～3质量％的铁系纤维或铁系粉末，并且作为纤维基材而含有10～30质量％的硅灰石。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-185016号公报

专利文献2：日本特开2010-77341号公报

专利文献3：日本特开2015-157914号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

在专利文献3的技术中，铁系纤维或者铁系粉末虽然在提高摩擦材料的强度这一点上有一定效果，但是为了具有与配对材料同等或以上的硬度，存在以下缺点：对配对材料的攻击性增加、配对材料的研削导致刮擦振动、车轮屑发生；耐磨性恶化。另外，虽然已知铜成分提高摩擦材料的初期效果，但是专利文献3中记载的铁系纤维或铁系粉末无法得到该效果。

因此，本发明的课题是提供一种摩擦材料组合物以及摩擦材料，该摩擦材料组合物能够得到摩擦材料在铜含量为0.5质量％以下的所谓无铜的摩擦材料中具有高的强度并且不会使对配对材料的攻击性恶化、具有优异的耐磨性和初期效果。

用于解决问题的技术手段

本发明人进行了深入研究，其结果发现提高使摩擦材料组合物中含有再生纤维素纤维而得到的摩擦材料能够解决所述课题，至此完成本发明。

即，本发明包括下述(1)～(6)。

(1)一种摩擦材料组合物，含有：纤维基材、摩擦调整材料以及粘结材料，其特征在于，所述摩擦材料组合物中，以铜元素换算计，铜含量为0.5质量％以下，并且含有再生纤维素纤维作为所述纤维基材。

(2)根据(1)所述的摩擦材料组合物，其中，所述再生纤维素纤维的纤维长为2～20mm。

(3)根据(1)或(2)所述的摩擦材料组合物，其中，所述再生纤维素纤维的纤度为0.3～100dtex。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的摩擦材料组合物，其中，所述再生纤维素纤维的含量为0.5～10质量％。

(5)根据(1)～(4)中任一项所述的摩擦材料组合物，其中，所述再生纤维素纤维是从由人造丝纤维、莱赛尔纤维、铜氨纤维和富强纤维组成的组中选出的至少一种纤维。

(6)一种摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料是使用(1)～(5)中任一项所述的摩擦材料组合物进行成形而得到的。

发明效果

本发明的特征在于，作为摩擦材料组合物中的纤维基材而使用再生纤维素纤维。再生纤维素纤维除了本身的强度，再生纤维素纤维彼此容易缠绕、容易捕获其他粉体材料，由于这些原因，能够对摩擦材料赋予高的强度以及耐磨性。另一方面，作为有机材料的再生纤维素纤维比配对材料柔软，因此，不会加重对配对材料的攻击性。进一步地，再生纤维素纤维能够对摩擦材料赋予一定的柔软性，能够提高初期效果。

由此可知，根据本发明，能够提供一种具有高强度且不会使对配对材料的攻击性恶化并且具有优异的耐磨性和初期效果的摩擦材料。

具体实施方式

以下，针对本发明进行详细说明。

需要说明的是，在本发明中，“无铜”是指在摩擦材料中实质上不含有铜成分，具体而言，是指其含量相对于摩擦材料组合物的总量为0.5质量％以下。

另外，在本说明书中，“质量”与“重量”相同含义。

＜摩擦材料组合物＞

本发明的摩擦材料组合物的特征在于，含有纤维基材、摩擦调整材料和粘结材料，摩擦材料组合物中的铜含量以铜元素换算为0.5质量％以下，含有再生纤维素纤维作为纤维基材。

再生纤维素纤维是指，将在木浆、棉等中含有的天然纤维素使用溶剂等进行化学溶解，提出纤维素并纺织而再次成为纤维者，可以使用公知品。

再生纤维素纤维本身具有强度，而且再生纤维素纤维彼此容易缠绕。因此，容易捕获摩擦材料组合物中的其他粉体成分，因此能够对使用本发明的摩擦材料组合物而成形的摩擦材料赋予与现有技术同等以上的强度。另外，通过使用再生纤维素纤维，能够对摩擦材料赋予柔软性，因此，与配对材料的接触性(周边)得到改善，能够提高耐磨性、初期效果。

本发明中使用的再生纤维素纤维的种类没有特别限制，例如可以列举：人造丝纤维、莱赛尔纤维、铜氨纤维、富强纤维等，能够适当使用它们中的一种以上。其中，人造丝纤维的截面具有凹凸形状，由于对其他摩擦材料的捕获性优异、而且莱赛尔纤维本身具有的强度高且容易原纤化、纤维彼此的容易缠绕性优异，在强度和耐磨性高这方面优选，特别是莱赛尔纤维能够发挥与使用铜纤维时同等的强度和耐磨性，更加优选。

在本发明中，再生纤维素纤维的纤维长优选为2～20mm。通过使再生纤维素纤维的纤维长为2mm以上，从而能够对使用摩擦材料组合物而成形的摩擦材料赋予足够的强度，通过为20mm以下，从而抑制在制作摩擦材料时混合原材料发生偏析，得到品质均匀的摩擦材料。其中，从进一步提高本发明的效果的观点考虑，再生纤维素纤维的纤维长优选为2～15mm。

另外，在本发明中，再生纤维素纤维的纤度优选为0.3～100dtex。小于0.3dtex的再生纤维素纤维不容易制造，因此通用性差。另外，通过使再生纤维素纤维的纤度为100dtex以下，抑制在制作摩擦材料时混合原材料发生偏析，得到品质均匀的摩擦材料。其中，从进一步提高本发明的效果的观点考虑，再生纤维素纤维的纤度优选为0.3～10dtex。

再生纤维素纤维的纤维长和纤度能够通过调整纺纱原液的浓度、纺纱条件或者精练条件等来调节到期望的范围。作为纺纱方法，具体而言，可以列举：溶剂纺纱法、半干湿式纺纱法、熔喷法等。

需要说明的是，本发明中所说的再生纤维素纤维的纤维长和纤度的测定方法按照JIS L1015(2010年)化学纤维装订试验方法。

再生纤维素纤维的含量相对于摩擦材料组合物总体优选为0.5～10质量％。通过使再生纤维素纤维的含量为0.5质量％以上，能够对使用摩擦材料组合物而成形的摩擦材料赋予足够的强度。另外，如果再生纤维素纤维的含量超过10质量％，则有时混合原材料发生偏析，因此通过使含量为10质量％以下，从而抑制制作摩擦材料时混合原材料发生偏析，得到品质均匀的摩擦材料。另外，从摩擦材料的强度、对配对材料的攻击性、耐磨性和初期效果进一步改善这样的观点考虑，再生纤维素纤维的含量更优选为2～10质量％，特别优选4～10质量％。

在本发明的摩擦材料组合物中，也可以并用再生纤维素纤维以外的纤维基材。作为这样的纤维基材，可以列举：有机纤维、无机纤维、金属纤维等。作为有机纤维，例如可以列举：芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)纤维、耐火性丙烯酸纤维、纤维素纤维(除了再生纤维素纤维以外)等，作为无机纤维，例如可以列举：生物可溶性纤维、玻璃纤维、丙烯酸纤维等，另外，作为金属纤维，例如可以列举：钢纤维、铝纤维、锌纤维、锡或者锡合金纤维、不锈钢纤维、铜或铜合金纤维等。需要说明的是，作为生物可溶性纤维，可以列举：SiO₂-CaO-MgO系纤维、SiO₂-CaO-MgO-Al₂O₃系纤维、SiO₂-MgO-SrO系纤维等生物可溶性陶瓷纤维、生物可溶性岩棉等。

含有再生纤维素纤维的纤维基材的含量相对于摩擦材料组合物总体优选为1～25质量％左右。

需要说明的是，在使摩擦材料组合物中含有铜或铜合金纤维的情况下，从环境限制的观点考虑，摩擦材料组合物中的铜含量以铜元素换算为0.5质量％以下。在本发明中，优选在摩擦材料组合物中实质上不含有铜。

摩擦调整材料被用于对摩擦材料赋予耐磨性、耐热性、抗制动衰减性等期望的摩擦特性。

作为摩擦调整材料，例如可以列举：硫酸钡、碳酸钙、氢氧化钙、蛭石、云母(金云母、白云母、合成云母、天然云母)、钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾等无机填充材料；氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、氧化铬、四氧化三铁(Fe₃O₄)等磨削材料；铝、锌、锡等金属粉末；各种橡胶粉末(橡胶粉尘、轮胎粉末等)、腰果粉尘、三聚氰胺粉尘等有机填充材料；石墨(graphite)、二硫化钼、硫化锡、聚四氟乙烯(PTFE)等固体润滑材料等。这些摩擦调整材料可以单独使用一种，或者两种以上组合使用。

摩擦调整材料的含量只要根据期望的摩擦特性适当调整即可，相对于摩擦材料组合物总体，优选为60～90质量％，更优选为65～85质量％。

粘结材料被用于对在摩擦材料组合物中含有的纤维基材和摩擦调整材料进行一体化。作为粘结材料，例如可以列举：线型、基于弹性体等的各种改性酚醛树脂、三聚氰胺酚醛树脂树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂。作为弹性体改性酚醛树脂，可以列举：丙烯酸橡胶改性酚醛树脂、硅橡胶改性酚醛树脂、NBR橡胶改性酚醛树脂等。这些粘结材料可以单独使用一种，或者两种以上组合使用。

为了确保足够的机械强度、耐磨性，粘结材料的含量相对于摩擦材料组合物总体优选为5～13质量％，更优选为7～11质量％。

本发明的摩擦材料组合物中除了纤维基材、摩擦调整材料和粘结材料以外，可以根据需要配合其他材料。

本发明的摩擦材料组合物通过对其进行成形，从而能够作为工业机械、铁路车辆、货运车辆、乘用车等的制动垫片、制动衬片、离合器衬片等摩擦材料而使用。

＜摩擦材料＞

本发明的摩擦材料通过使用上述的摩擦材料组合物进行成形而得到。

以下，针对本发明的摩擦材料的制造方法进行说明。

本发明的摩擦材料的制造方法的特征在于：包含：以铜含量以铜元素换算为0.5质量％以下的方式混合纤维基材、摩擦调整材料和粘结材料，制备摩擦材料组合物的工序；以及将在所述工序中得到的摩擦材料组合物成形为期望的形状的工序，所述纤维基材含有再生纤维素纤维。作为摩擦材料组合物，适用上述的组合物原料及其配合比例。以下，针对各工序进行具体说明。

在制备摩擦材料组合物的工序中，首先，将所述摩擦材料组合物的各原料以预定的配合比例混合，制备摩擦材料组合物，进一步用干式混合充分均质化。

接着，优选将均质化的摩擦材料组合物在常温下进行预挤压而制作预成形体。

接着，在将摩擦材料组合物成形为期望的形状的工序中，将预成形体投入到热成形模具，将金属板(压板)重叠，进行加热压缩成形，得到摩擦材料成形体。作为加热压缩成形的条件，优选在成形温度130～180℃、成形压力30～80MPa、成形时间2～10分钟的条件下进行。

需要说明的是，优选对摩擦材料成形体进行后硬化(加热处理)。通过进行后硬化，将热固性树脂充分固化，能够对摩擦材料赋予必要的强度。作为后硬化的条件，可以在150～300℃、1～5小时的条件下进行。

然后，根据需要，也可以更一步实施研磨、表面烘制、涂装等精加工处理。

使用本发明的摩擦材料组合物而成形的摩擦材料由于含有再生纤维素纤维，因此具有优异的强度、耐磨性以及抑制配对材料攻击性加重的特性，并且具有优异的初期效果。

[实施例]

以下，利用实施例和比较例，对本发明进行进一步说明，但是本发明不限于下述例子。

(实施例1～10、比较例1～4)

将表1中示出的配对材料一并投入到混合搅拌机中，在常温下进行2～10分钟混合，得到摩擦材料组合物。将得到的摩擦材料组合物经过以下的预成形(i)、热成形(ii)、加热压缩以及烧制(iii)的工序，制备了具有摩擦材料的制动垫片。

(i)预成形

将摩擦材料组合物投入到预成形冲压的模具中，在常温下以15MPa进行1秒钟的成形，制作预成形品。

(ii)热成形

将该预成形品投入到热成形模具中，将预先涂布有粘接剂的金属部(压板)重叠，以150℃、40MPa进行5分钟加热压缩成形。

(iii)加热压缩、烧结

对在工序(ii)中得到的加热压缩成形体实施150～300℃、1～4小时的热处理之后，进行研磨。接着，对该加热压缩成形体的表面实施表面烧结处理，最后进行涂装，得到具有摩擦材料的制动垫片。

利用以下方法，对实施例1～10和比较例1～4中得到的具有摩擦材料的制动垫片进行摩擦材料剪切强度、磨损量、配对材料攻击性以及初期效果特性的评价。

(1)摩擦材料剪切强度

按照JIS D4422，对摩擦材料的试验片(30mm×10mm×厚4.8mm)测定摩擦材料剪切强度。

将剪切强度(单位：N/cm²)为700以上评价为“◎”，将650以上其且小于700评价为“○”，将600以上且小于650评价为“△”，将小于600评价为“×”。

(2)摩擦材料磨损试验

按照JASO-C427，使用摩擦试验机(曙制动工业株式会社制1/7标尺测试器)，对摩擦材料的试验片(30mm×10mm×厚4.8mm)求出相当于制动温度200℃时制动1000次的摩擦材料磨损量，评价耐磨性。需要说明的是，配对材料(转子)使用FC250。

将摩擦材料磨损量(单位：mm)小于0.35评价为“◎”，将0.35以上且小于0.40评价为“○”，将0.40以上且小于0.45评价为“△”，将0.45以上评价为“×”。

(3)配对材料攻击性

测量上述(2)摩擦材料磨损试验的试验后的配对材料磨损量。

将配对材料磨损量(单位：μm)小于10评价为“◎”，将10以上且小于15评价为“○”，将15以上评价为“×”。

(4)初期效果特性

按照JASO-C406(2000)，使用摩擦试验机(全尺寸测力计)，测量对摩擦材料的试验片(30mm×10mm×厚4.8mm)的一般性能试验中的初始速度为20km/h的初期效果特性(平均μ)。

将第一效果20km/h时的平均μ为0.35以上评价为“◎”，将0.30以上且小于0.35评价为“○”，将小于0.30评价为“×”。

将各试验的结果示于表1。

[表1]

根据表1的结果，实施例1～10的摩擦材料含有再生纤维素纤维作为纤维基材，与不含有再生纤维素纤维的比较例1、配合有天然纤维素短纤维的比较例4相比，强度和耐磨性优异。另外可知，通过再配合2质量％以上的生纤维素纤维，强度和耐磨性进一步提高。

需要说明的是，对实施例1～5和实施例6～10进行比较，在人造丝纤维和莱赛尔纤维的含量相同时，配合有莱赛尔纤维的摩擦材料组合物表现出更优异的强度和耐磨性。特别是，配合有4质量％的莱赛尔纤维的实施例8的摩擦材料表现出与配合有4质量％的铜纤维的比较例2的摩擦材料同等的强度和耐磨性。

另外，在配合有铁纤维的比较例3的摩擦材料中，虽然结果是耐磨性和配对材料攻击性差，但是实施例1～10的各个摩擦材料的配对材料攻击性都是满足的结果。

然后，针对初期效果特性，配合有再生纤维素纤维的实施例1～10的摩擦材料均表示出良好的结果。

详细且参照特定实施方式对本发明进行说明，但是本领域技术人员能够明了在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够进行各种各样的变更、修正。本申请基于并要求于2016年11月2日提出的日本专利申请(特愿2016-215331)的优先权和权益，并将其全部内容结合与此，作为参考。

产业实用性

本发明的摩擦材料具有高的强度并且不会使对配对材料的攻击性恶化，并且具有优异的耐磨性和初期效果，因此适合用在工业机械、铁路车辆、货运车辆、乘用车等的制动垫片、制动衬片、离合器衬片等。

Claims

1.一种摩擦材料组合物，含有：纤维基材、摩擦调整材料以及粘结材料，其特征在于，

所述摩擦材料组合物中，以铜元素换算计，铜含量为0.5质量％以下，并且含有再生纤维素纤维作为所述纤维基材，其中

所述再生纤维素纤维的纤维长为2～20mm，

所述再生纤维素纤维的含量为0.5～10质量％。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，

所述再生纤维素纤维的纤度为0.3～100dtex。

3.根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，

所述再生纤维素纤维是从由人造丝纤维、莱赛尔纤维、铜氨纤维和富强纤维组成的组中选出的至少一种纤维。

4.一种摩擦材料，其特征在于，

所述摩擦材料是使用权利要求1～3中任一项所述的摩擦材料组合物进行成形而得到的。